[发明专利]包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置

说明书

【技术领域】

本发明是有关于一种包络追踪系统（envelope tracking system）的校准方法及装置，尤其是关于一种应用于无线通信单元的射频（radio frequency，简称RF）发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统的校准方法及装置。

【背景技术】

本发明主要涉及并应用于无线通信系统中使用的RF功率放大器领域。来自无线通信系统中可用频谱的有限性的持续压力迫使频谱效应的线性调制方案的发展。而由于这些线性调制机制中的包络发生波动，这种现象导致天线所发射的平均功率远低于其最大功率，从而导致了功率放大器的低效率。因此，本领域致力于研究能够在功率放大器的“回退（back-off）”区（线性区）提供高性能的高效率拓扑结构。

线性调制机制需要对调制后的信号进行线性放大以最小化频谱再增长引起的不想要的带外辐射。但是，一典型RF放大装置中使用的有源器件本身便是非线性的。仅当已消耗的DC功率的一小部分转换为RF功率时，放大装置的转移函数才接近于一条直线，即才能如同运作为一理想的线性放大器。这种运作模式导致了DC至RF功率转换的低效率，而这一点正是手持（用户）无线通信单元所不可接受的。此外，低效率对于基站台来说也是一个不容忽视的问题。

另外，手持(用户)设备的关注点在于增长电池使用寿命。为了同时实现线性度及高效率，所谓的直线化(linearisation)技术得以使用以改善高效率类别放大器(例如‘AB’类，‘B’类或‘C’类放大器)的线性度。大量各式各样的直线化技术应用于线性发射机，例如笛卡儿反馈(Cartesian Feedback)，前反馈(Feed-forward)以及自适应性预失真发射机的设计中。

线性放大器（例如AB类放大器）的输出端电压通常依据最终的RF功率放大器（PA）设备的需求而设定。通常来说，PA的最小电压远大于AB类放大器的输出端设备的所需电压。因此，这并非最有效率的放大技术。发射机（主要是PA）的效率由输出端设备两端的电压，以及由于PA的最小电源电压（Vmin）需求而引起的任意下拉设备成分两端的过电压来决定。

为了提高发射上行链路通信通道的比特率，具有调幅（AM）成分的更大规模的星座调制机制得以研究并成为一种需求。该种调制机制，例如十六比特正交幅度调制（16-QAM），需要多个线性的PA并与调制包络波形的高“峰值（crest）”因子（即波动的程度）有关。相比于早期经常使用的恒定包络调制机制，该种类型的调制机制能够引起功率及线性的更大程度的下降。

为了克服这种功率及线性的下降，多种方法得以提出。其中一种已知的包络追踪技术是关于对PA电源电压进行调制以匹配（追踪）RF PA正在发射的RF波形的包络。经由这种包络追踪技术，无线电发射机的瞬态PA电源电压（VPA）将近似匹配已发射RF信号的瞬态包络（ENV）。因此，PA中的功率消耗将与PA的电源电压与输出电压之间的差值成比例关系，包络追踪技术能使得PA效率增长，降低热消耗，并能对线性度进行改善以及提高最大输出功率，同时允许PA产生预期的RF输出。

图1所示为现有技术中两种PA电源电压技术的示意图100。其中第一种技术为PA提供了一固定的电源电压105，而第二种技术中PA的电源电压被调制以追踪RF包络波形115。在第一种技术中，无论正在放大的调制后RF波形的特性如何，仍存在PA可以使用的过电源电压净空值110(因此可能存在潜在的浪费)。而在第二种技术中，PA的过电源电压净空值120可通过对RF PA电源的调制而得以降低，从而使得PA电源能够准确的追踪到瞬态RF包络。

ENV与VPA之间的映射函数是形成最佳性能的关键，该最佳性能包括效率、增益以及相邻信道功率（adjacent channel power，简称ACP）。以及对于系统性能来说，同样关键的还包括RF信号与PA的VPA之间的时序对准（timing alignment）。

包络追踪可以与对RF信号的数字预失真（digital pre-distortion，DPD）相结合以改善ACP的健壮性。由于ET系统通常实现为涉及多个功能方块的多芯片形式，该多个功能方块例如包括数字基带（BB）、模拟基带、RF接收机、功率管理以及PA，因此并不能保证ET系统的性能在硬件实现的所有器件上都是一致的。因此形成多个收发机校准级别以精确地映射及集中远离生产线的每个器件的ET性能成为一种需求。而为了使包络追踪成为更加经济化的一种技术，还需要最小化任何额外的生产校准时间和/或外部特性设备的使用。